交通領域新興技術案例集/區塊鏈

區塊鏈在交通中的應用

本案例回顧了區塊鏈在交通領域的應用。這是亞歷山大·默克爾、法麗達·易卜拉欣和耶夫塔·恩蒂的合作成果，他們是撰寫本文時就讀於喬治·梅森大學交通政策、運營與物流專案的研究生。本案例集探討了區塊鏈技術在交通領域的應用和政策挑戰。它是作為喬治·梅森大學新興技術、交通與公共政策研究生課程的作業完成的，該課程由喬納森·吉福德博士教授。

案例摘要

運輸和物流行業運輸大量貨物和人員，需要強大的問責制和安全流程才能確保長期成功。區塊鏈作為一種新興的計算機技術，為這些長期存在的問題提供了潛在的解決方案。作為最早的數字貨幣之一比特幣的框架，區塊鏈強大的問責制和安全性基本特徵，催生了大量假設性的應用，其中許多已經成為現實。對於人類最古老的行業之一的交通運輸而言，這項新技術的引入一直緩慢但穩定。總體而言，這項技術似乎有望成為該領域幾乎所有企業運營的基石。

區塊鏈

區塊鏈“塊”的簡化渲染

區塊鏈，也稱為分散式賬本，是一種計算機系統，它利用計算機的點對點網路來促進網路中交易的記錄。 每個交易，稱為一個塊，都有自己的簽名，稱為雜湊。 每個新的交易都與最後一個交易相連，並建立一個稱為區塊鏈的血統。每個區塊鏈的建立和歷史都以數字賬本的形式共享在許多不同計算機的網路中，這些計算機被稱為節點。 每個節點都必須就每個雜湊的真實性達成一致。由於雜湊已在物理上分離的節點之間分佈，並且理想情況下由網路中不同的各方控制，因此要偽造雜湊或以其他方式更改它，就需要在所有節點上進行更改。 這個系統使得更改變得很困難，雖然並非不可能。這個系統允許對大量資訊進行廣泛的記錄，這些資訊可用於交易或資料儲存應用程式，並且易於稽核以驗證其有效性。比特幣就是一個區塊鏈技術的例子，它利用這項技術來記錄其數字貨幣之間的所有交易。

參與者註釋列表

公路運輸

• 通用汽車：正在開發一個區塊鏈網路，用於在乘用車行業中共享自動駕駛汽車資料

航空

• 霍尼韋爾航空航天：是最早將區塊鏈納入其產品線和銷售的航空航天製造商之一

海運

• TradeLens：第一個專門利用區塊鏈建立的重大航運聯盟。包括創始合作伙伴
  • IBM
  • 馬士基
• 全球航運業務網路 (GSBN)：與 TradeLens 競爭的聯盟。包括創始合作伙伴
  • CargoSmart
  • 甲骨文

交通運輸區塊鏈聯盟 (BiTA) 這是一個組織，成員來自幾乎所有交通運輸行業。這是一個成員驅動的組織，成員共同致力於確保各個行業利益相關者採用和開發這項技術，以幫助滿足其不斷變化的需求。

事件時間線

1991：斯圖爾特·哈伯和斯科特·斯托內塔提出了數字文件時間戳的概念，以驗證其真實性。

2000：斯蒂芬·康斯特發表了關於密碼安全鏈理論和實施方法的論文。

2002：大衛·馬齊耶斯和丹尼斯·沙沙將這一概念推向了更遠，研究了塊如何儲存資料。

2005：計算機科學家尼克·薩博提出了一種新的基於區塊鏈的貨幣，稱為“位元金”。

2008：中本聰（化名）發表了《比特幣：一個點對點的電子現金系統》，概述了後來成為比特幣的東西

2009：比特幣作為最早的基於區塊鏈的數字貨幣之一推出

2009：中本聰挖出了第一個成功的區塊交易

2014：區塊鏈在支援除加密貨幣以外的其他型別的操作方面的潛力得到認可。這導致了區塊鏈 2.0 的誕生，並吸引了大量投資者的投資。^,

2017：交通運輸區塊鏈聯盟 (BiTA) 成立，目前是全球最大的商業區塊鏈聯盟，年收入超過 1 萬億美元

2018：競爭的基於區塊鏈的航運網路 TradeLens 和全球航運業務網路推出

2018：霍尼韋爾航空航天推出其 GoDirect 入口網站，該入口網站利用區塊鏈向客戶銷售其航空產品

政策問題識別

積極屬性

區塊鏈的簡單示例

區塊鏈技術的首要益處和應用可以分為三大類

• 安全：區塊鏈的交織結構提供了強大的防篡改防禦機制，只要它所構建的分散式網路確保沒有單個參與者或參與者群體擁有超過一半的節點。
• 審計：基於血統的鏈和分散式互動報告的使用，使網路中所有交易的快速準確審計成為可能，從任何節點都可以進行審計。這也為網路中的任何參與者提供了審計網路中其他成員的能力。
• 輕鬆訪問資料：記錄所有交易的過程允許每個節點包含網路上的所有資料，從而立即訪問所有交易的日誌。這種資訊的分佈在許多節點之間，也為節點資料丟失的情況提供了冗餘。

這些優勢為交通運輸提供了強大的用例，交通運輸需要在該領域企業和組織構建的高容量、高價值交易中確保安全和問責制。

負面屬性

與許多新技術一樣，區塊鏈技術的開發和應用初期容易受到可能阻礙其主流應用的政策問題的影響。區塊鏈技術也不例外，由於其能夠創造新的方式來促進資產轉移和驗證交易，從而使傳統的驗證交易方式變得過時，因此引發了更大的政策爭論。因此，以下列出了與區塊鏈相關的幾個關鍵問題。

隱私/安全問題

區塊鏈的一個基本問題是如何在不侵犯隱私的情況下使用這項技術。雖然區塊鏈有可能促進信任和安全，但也存在其功能可能使安全資料容易受到網路攻擊的風險。^[11]區塊鏈執行在只追加資料的過程中，記錄的資料將永久儲存，不能刪除或刪除。^[12]因此，其不可變性仍然是其最大的優勢，同時也是其最脆弱的特徵。雖然是一項艱鉅的任務，但如果駭客設法獲得超過 50%（51% 攻擊）的節點計算能力，他們就可以訪問儲存在分散式賬本系統上的資料。^[13]區塊鏈上的資料不包含個人身份資訊；但仍然存在交易詳情等運營資料被非法獲取的風險。

立法行動

隨著區塊鏈技術的出現，其監管問題變得越來越重要。政府和政策制定者需要深入瞭解區塊鏈技術，才能制定政策和監管框架。然而，作為一種新技術，一些專家和政策制定者對這項技術的潛力感到不確定。因此，人們經常爭論和質疑應該實施或修訂哪些法律和監管框架來支援這項技術。^[14]此外，這項技術某些組成部分的模糊性使得達成共識變得困難。例如，我們是否將智慧合約視為具有法律約束力的傳統協議？智慧合約是傳統協議的數字化形式，它們經過編碼，實際上是計算機程式，隨著它們在英國首次獲得合法地位，它們在社會中逐漸獲得了影響力。^[15]

區塊鏈技術的實施是一個漸進的過程，涉及法律考慮因素，這些考慮因素將決定哪些是可行或實際的。例如，亞利桑那州在 2017 年推出了眾議院法案 2417，該法案確認了智慧合約，使其在法律上成為可接受的具有約束力的合同。^[16]截至 2015 年，田納西州、內華達州、特拉華州、俄亥俄州和懷俄明州等 5 個州效仿此做法，制定了區塊鏈立法。^[17]

此外，由於這項技術跨越國界，因此有必要在技術層面上制定標準，以確保互操作性和跨境交流（Allen 等人）。這需要公共部門與私營部門的合作以及國家和國際當局共同努力，才能使新的和更新的標準發揮作用。^[18]

案例敘述

區塊鏈在交通運輸中的應用

陸路、航空或海運的交通物流網路，都可以在不同程度上從區塊鏈技術提供的安全性和問責制中受益。區塊鏈的資料收集方面在這些行業中尤為寶貴，因為人員和貨物以大量運輸，區塊鏈為運輸組織提供了一種簡化且安全的方法來跟蹤和核算其貨物。

公路運輸

區塊鏈技術可以為公路貨物和人員的運輸提供重大優勢。商品的商業運輸資訊密集，需要多個參與者之間進行大量溝通。區塊鏈技術可以透過以下方式在這過程中發揮積極作用：確保這些參與者相互連線，以及透過將所有分散式資訊同步到網路中的所有參與者，更有效地管理跨貨運代理、承運人、海關代理和銀行的資訊流。^[19]供應鏈資料的去中心化位置將提高透明度並消除冗餘。一方面，它可以用於驗證經常在不同入境點和整個供應鏈過程中多次易手的檔案的真實性。^[20]例如，所有貨物通常都附有提單，該單據記錄了貨物的數量和狀況。當這些檔案易手時，檔案可能被篡改的風險很高。^[21]但是，將收到的檔案新增到區塊鏈中可以降低雙重支出的可能性，並允許上面列出的多個參與者在沒有中介的情況下進行安全、可信的交易。^[22]資訊流和管理的改進將透過促進公路運輸網路的透明度和信任，提高運輸效率。^[23]此外，透過消除第三方驗證，還將節省行政成本，因為交易費用將被繞過。

區塊鏈技術可以用於幫助自動駕駛汽車之間的通訊。自動駕駛汽車需要大量資料作為其機器學習架構的輸入，而單一汽車製造商可能難以獲取如此龐大的資料量。^[24]為了解決這個問題，通用汽車和其他汽車製造商正在轉向區塊鏈網路，以眾包資料，同時保護隱私。^[25]

在作為拼車車隊使用的情況下，區塊鏈網路理論上可以允許在沒有人工干預的情況下與由不同組織擁有的充電站進行安全交易。^[26]此外，對區塊鏈網路中生成的資料的訪問可以用於運輸網路之外的第三方，例如保險公司。^[27]

航空

航空維護

區塊鏈在飛機維護領域有許多應用。在這個行業，成本很高，安全是重中之重。出於這些原因，假冒的替換零件一直是航空運營商的擔憂。^[28]未按照批准零件製造商嚴格標準生產的零件可能容易出現故障，從而可能導致財產和生命損失。2016年，美國國家運輸安全委員會（NTSB）得出結論，在2010年至2016年期間，假冒零件故障事件導致超過20起墜機事故和7人死亡。^[29]為了遏制或消除假冒零件的使用，製造商可能會轉向區塊鏈技術。因為它提供了一個用於驗證零件真偽的系統，因此減少了在飛機上意外使用假冒零件的風險，並最終減少了出售此類物品的整體動機。^[30]航空航天製造商霍尼韋爾已經開始在其服務中使用區塊鏈，與其實現區塊鏈的數字文件處理流程一起推出了一個線上網路入口網站。^[31]

區塊鏈還提供了一種準確記錄和審計飛機維護週期的方法。使用區塊鏈，飛機維護人員和運營商能夠始終如一地有效地記錄每架飛機及其元件的生命週期，理論上可以細化到單個螺栓。^[32]這種能力帶來了許多好處，包括提高維護效率、認證適當的維護操作以及預測未來的維護需求。^[33]這些改進的流程可能會降低運營商的成本，從而降低運營成本並將其傳遞給乘客或貨物服務的消費者。

航空服務

區塊鏈的資料收集屬性為企業提供了許多會計優勢。在航空業，這些優勢可以從跟蹤忠誠度計劃的飛行員及其福利，到提高飛機運營效率。^[34]這些優勢可以創造成本節約並提高收入生成。除了業務優勢之外，區塊鏈技術還可以透過構建增強的數字安全措施來確保資料隱私和完整性，從而為航空公司和飛機運營商提供增強的安全性並降低風險。^[35]

鐵路

區塊鏈已被包括鐵路行業在內的多個行業採用。原因在於其透明度、資料安全和去中心化的特性。這些特性綜合起來，支援鐵路行業提供有效率且有效力的服務，將貨物和乘客從一個地方運送到另一個地方。

以數字化為中心的區塊鏈透過降低行業流程和運營成本，提高了效率和有效性。^[36]例如，數字化發行乘客車票能夠消除紙質車票和多餘的優惠券卡。所使用的技術還為乘客提供了多種支付和獲取車票的方式。這種技術還具有追蹤貨運服務提供商處理的貨物運輸和相關檔案的能力，這也提高了效率和有效性。^[37],許多企業、州和國家正在採用這項技術，以維持、發展和擴充套件他們的網路，並提高他們的商業模式。例如，在美國，一些主要的鐵路公司加入了區塊鏈技術聯盟。BNSF鐵路公司是北美貨運運輸公司中第一家一級鐵路公司，運營著橫跨28個州的約32,500英里的軌道，是第一家加入該聯盟的鐵路公司。其他公司，如CSX，也加入了馬士基的基於區塊鏈的貨運追蹤平臺 TradeLens，以有效地追蹤端到端貨運。

即使俄羅斯缺乏對比特幣等加密貨幣的信任，也在一定程度上接受了這項技術，因為它將有助於追蹤和收集乘客資料。^[39]

海運

與其他運輸部門看到的好處一樣，區塊鏈可以透過提高海運部門的效率和安全性來實現顯著的成本節約。截至撰寫本文時，海執行業需要大量的檔案和官僚作風才能在其跨國和高度監管的環境中運營。區塊鏈技術可以用更有效、更安全的系統取代這些廣泛的檔案審批流程。此外，它可以提供貨物監管權證明，並透過清晰、安全的文件輕鬆解決爭議。這些改進可以為航運組織帶來顯著的成本節約，這對多邊貿易的總體成本產生重大影響。^[40]

IBM 和馬士基已經合作建立了一個名為 TradeLens 的區塊鏈平臺。TradeLens 聯盟成立於 2018 年，由五家最大的航運公司組成。^[41]與 TradeLens 競爭的是 CargoSmart-Oracle 聯合系統，即全球航運業務網路（GSBN），該系統在同年推出。^[42]然而，這些網路的成員資格並不排他，至少有兩家歐洲航運公司同時擁有這兩個網路的成員資格。^[43]

展望

區塊鏈技術有望解決運輸行業面臨的業務和技術挑戰。雖然採用進展緩慢，但區塊鏈網路在國際航運中的出現似乎是區塊鏈在運輸領域的一個重要里程碑。隨著全球最大的航運組織的採用，這項技術的用例可以得到驗證，並可以樹立先例。同時，區塊鏈在自動駕駛汽車開發中的潛力可能會大大縮短其開發所需的時間，因為競爭對手利用區塊鏈的點對點共享特性來眾包用於其系統機器學習的資料。總的來說，這種新興技術似乎準備徹底改變世界上最古老、最大的行業之一的商業實踐。

討論問題

1. 區塊鏈的基本設計特徵在運輸領域還有什麼其他用途？
2. 區塊鏈的哪些用例可以在沒有區塊鏈技術的情況下完成？
   1. 有哪些好處和弊端？
3. 運輸領域存在哪些可能阻礙區塊鏈技術採用的獨特問題？

補充閱讀

國際航空運輸協會：航空業中的區塊鏈：探索基礎知識、用例和行業舉措

德克薩斯農工大學：探索區塊鏈——比特幣背後的技術及其對轉型運輸的影響

中本聰：比特幣：一種點對點的電子現金系統